La technologie quantique #ST8 [en]

Le CSIRO livre ses recommandations et ses priorités pour le développement du secteur des technologies quantiques australiennes tandis que la France participe activement au programme européen de recherche dans le domaine des technologies quantiques.

Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?

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Développer l’Industrie des Technologies Quantiques Australiennes

Le CSIRO livre ses recommandations et ses priorités pour le développement du secteur des technologies quantiques australiennes

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Le CSIRO, agence nationale de recherche scientifique et industrielle, a édité en Mai 2020 une feuille de route pour le développement du secteur des technologies quantiques australiennes, qui, selon ses conclusions, devraient soutenir 16 000 emplois et rapporter 4 milliards de dollars de PIB par an au pays d’ici 2040.

De nombreuses technologies quantiques ont émergé grâce à une meilleure connaissance et une meilleure maîtrise du comportement des particules quantiques et de leurs états quantiques. Ces technologies concernent par exemple la détection de précision, la communication sécurisée, et l’informatique quantique. De nombreux pays, tels que les Etats-Unis, le Royaume Unis, l’Europe, l’Inde, la Chine ou la Russie, investissent massivement dans ce domaine. Les données rendues publiques montrent des investissements publics et privés multipliés par 4 entre 2012 et 2017. Le rapport incite donc le gouvernement à soutenir le secteur afin de capitaliser sur son industrie quantique déjà émergeante, et de la positionner sur la scène mondiale.

Les capacités australiennes dans le secteur

L’Australie investit depuis plusieurs décades dans les technologies quantiques et a développé des capacités de recherche et de formation reconnues, contribuant à de nombreuses avancées technologiques.

  • conception des plans pour les premières plateformes informatiques quantiques,
  • éléments de base constitutifs de l’optique quantique,
  • algorithmes de simulation quantique,
  • réseaux de communication quantique,
  • composants critiques pour les technologies de détection quantique

En 2011 deux centres d’excellence ont été sélectionnés dans ce domaine et leurs financements, renouvelés en 2017, dépassent aujourd’hui 80 millions de dollars.

  • Le Centre d’Excellence for Quantum Computation and Communication Technology a pour but de développer les technologies de processeurs quantiques pour le transfert d’informations sécurisé. Ce centre collabore, entre autres, avec l’université de Paris 6 et celle de Pierre et Marie Curie
  • Le Centre d’Excellence for Engineered Quantum Systems entend explorer les technologies quantiques appliquées à des systèmes de santé, ou pour l’économie, l’environnement ou la sécurité. Ce centre est en lien avec l’institut NEEL du CNRS, et l’Observatoire de Paris

Le pays a également développé une industrie des technologies quantiques avec de nombreuses start-ups et jeunes entreprises, par exemple :

  • QuintessenceLabs développe des solutions pour la cybersécurité
  • Silicon Quantum Computing a produit des qubits à base de silicone pour les processeurs
  • Q-Ctrl a lancé des softwares adaptables aux technologies quantiques
  • Le programme d’incubation du CSIRO soutient également des projets de commercialisation de technologies développées en dehors des organismes de recherche

Les priorités identifiées

Le rapport du CSIRO identifie un certain nombre de domaines pour lesquels les technologies quantiques joueraient un rôle disruptif, et souligne les champs prioritaires du secteur qui permettront de réaliser ces avancées. Ainsi l’informatique quantique, la détection quantique, et les communications quantiques sont mis en avant.

  • Le calcul quantique

Le calcul quantique utilise des phénomènes quantiques qui ouvrent de nouvelles possibilités pour le stockage et la gestion des données, à l’aide de systèmes fabriqués avec précision : les bits quantiques, ou Q-bits. Ces systèmes permettraient de dépasser les limites des supercalculateurs classiques, avec une puissance de calcul démultipliée. Ainsi la modélisation et la simulation des propriétés chimiques et mécaniques de différentes molécules deviendraient possibles dans la recherche de nouveaux médicaments ou pour le développement de matériaux spécifiques. De nombreux développement seraient également accessibles pour l’apprentissage machine, ou le traitement de systèmes complexes tels que la gestion du trafic, les prédictions météorologiques, l’épidémiologie ou l’optimisation de réseaux d’énergie.

  • La détection quantique

Les effets quantiques sont très sensibles à l’environnement et permettent de mettre au point des capteurs, ainsi que des mesures du temps et de l’espace d’une grande précision : horloges atomiques, accéléromètres (mesure de l’accélération) et gyromètres (mesure de la vitesse de rotation), magnétomètres (mesure de l’intensité ou de la direction d’un champ magnétique), etc. Les applications qui devraient en découler sont multiples et leurs technologies plus mâtures que celles de l’informatique quantique. Elles comprennent les systèmes de positionnement et de navigation de précision, des outils d’exploration des sous-sols par gravimétrie quantique, ou encore des dispositifs d’imagerie médicale à l’échelle nanoscopique pour des diagnostics précoces. L’Australie a développé au CSIRO le système LandTEM, magnétomètre portable pour la détection de dépôts de minerais souterrains, ainsi que le CryoClock, un chronomètre ultra-précis pour les communications ou l’informatique quantiques.

  • La communication quantique

Les systèmes quantiques étant perturbés lors de leur mesure, toute interception extérieure perturbera le système et sera détectable. Ainsi, les propriétés quantiques ouvrent des possibilités pour sécuriser les communications. La technologie la plus aboutie est celle de la distribution de clé quantique de façon sécurisée, qui délivre la clé du code dans lequel le message est crypté. Le développement d’un internet quantique qui relierait des capteurs ou des ordinateurs quantiques est également une technologie à explorer. Enfin, des algorithmes d’encryptage résistants au potentiel de décodage de l’informatique quantique deviendront nécessaires avec le développement des capacités de l’informatique quantique, pour protéger les systèmes non quantiques. L’Australie a développé dès 2006 des solutions de cyber sécurité au sein de la start-up QuintessenceLabs, et explore les technologies de réseaux quantiques optiques, ainsi que de cryptographie résistante au potentiel quantique.

Enfin, ce rapport souligne qu’une technologie quantique émergeante devra s’accompagner du développement de technologies et de services adaptés, mais aussi de formations et de consultations auprès des différents chaînons du secteur.

Les recommandations du rapport

Le rapport du CSIRO propose 4 axes pour assurer le développement du secteur :

  • La définition et la coordination de l’effort de développement australien

La mise au point d’une stratégie nationale pour le secteur permettrait de mettre en œuvre les priorités à long termes définis, et de les évaluer à l’aide d’indicateurs. L’exploration de mécanismes de financement efficaces devrait aider à atteindre la commercialisation des technologies et la croissance du secteur. Le rapport recommande aussi de soutenir l’entrepreneuriat et les infrastructures de recherche du secteur.

  • La construction des capacités australiennes

L’Australie devra attirer, former et retenir les meilleurs talents du secteur, mais aussi établir une stratégie pour le développement et la croissance de sa main d’œuvre qualifiée. Elle devra également évaluer et soutenir les capacités industrielles et les infrastructures cruciales pour le développement du secteur. Des liens transversaux de recherche et de formation devront être créés avec les secteurs complémentaires des technologies quantiques, et les enjeux éthiques, sociaux ou environnementaux qui pourraient apparaître devraient être explorés.

  • La construction de collaborations locales et internationales

Le rapport recommande d’établir des liens de collaboration multidisciplinaires et multi-institutionnels, mais aussi de promouvoir les capacités nationales australiennes sur toute la chaîne du secteur, en particulier pour l’approvisionnement en matériaux critiques, et pour la définition de standards dans les applications quantiques.

  • La préparation à la génération quantique

Pour permettre une pénétration rapide des technologies quantiques, le rapport recommande une grande clarté concernant les régulations sur le commerce des technologies de défense, afin de rassurer les industries. Il encourage également les utilisateurs nationaux et gouvernementaux à s’impliquer dans l’écosystème quantique, et les universités à alléger leurs systèmes de gestion des droits de propriétés intellectuelles afin de favoriser collaboration, entrepreneuriat et commercialisation.

L’ordinateur quantique se rapproche d’une réalité

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Le programme Flagship Quantum Technologies pour la recherche européenne sur les technologies quantiques

La France participe activement au programme européen de recherche dans le domaine des technologies quantiques

https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/projects-quantum-technology
http://www.cnrs.fr/fr/premiers-laureats-pour-linitiative-europeenne-sur-les-technologies-quantiques

Le programme européen Future and Emerging Technologie (FET) finance depuis 1998, entre autres domaines, la recherche quantique en Europe. En 2018, ce programme a lancé le Flagship Quantum Technologies , qui alloue un milliard d’euros sur 10 ans, afin de développer les applications des technologies quantiques et de renforcer les partenariats entre recherche et industrie dans ce secteur.

Les priorités de ce programme reflètent les domaines identifiés dans la feuille de route australienne :

  • la communication quantique pour assurer une sécurité absolue des communications
  • le calcul quantique pour créer des ordinateurs puissants
  • la simulation quantique, pour la découverte de nouveaux médicaments, ou matériaux
  • la métrologie et les capteurs quantiques, pour l’exploration des ressources minières et pétrolières ou l’analyse de la structure de molécules en vue d’applications médicales.
  • la science fondamentale, pour toutes les applications encore insoupçonnées

Parmi les 20 projets retenus pour ce programme, deux sont coordonnés par des organismes français, et une dizaine d’autres font participer des équipes françaises.

  • Le projet ASTERIQS (Advancing Science and TEchnology thRough dIamond Quantum Sensing) a pour but la mise au point d’outils de mesure d’une sensibilité inédite et pouvant fonctionner hors laboratoire. Il se base sur des techniques d’implantation de noyaux ultra précises et de maîtrise à l’échelle atomique de la structure de diamants. Ce projet devrait permettre de construire des outils de mesure de champs magnétiques ou électriques, de températures ou de pressions. Il est coordonné par Thales SA, et regroupe 23 partenaires à travers l’Europe, le Royaume Unis et Jérusalem.
  • Le projet PhoQuS (Photons for Quantum Simulation) explore les possibilités de simulations quantiques basées sur le comportement des fluides de photons quantiques. Une fois complétée la caractérisation du fluide de photons à différents régimes, le système devrait pouvoir simuler le comportement de la matière condensée, ou répondre aux questions sur la supraconductivité, la physique des trous noirs, ou encore la gravité quantique. Ce projet est coordonné par l’université de Sorbonne et rassemble 9 partenaires européens et du Royaume-Unis.

La France participe également à deux projets européens dans le domaine des communications quantiques, avec en particulier la distribution de clés de chiffrement sécurisée, mais aussi le développement de circuits intégrés photoniques de haute performance, ou de réseaux de communication quantiques (projet CiViQ), ou encore la conception d’un internet quantique et des technologies associées (projet Quantum Internet Alliance). La France participe également à la recherche sur la simulation quantique à l’aide d’atomes ultra froids (projets Qombs et PASQuans). Concernant la métrologie et les capteurs quantiques, en plus du projet ASTERIQS qu’elle coordonne, la France mène des recherches sur des capteurs utilisant la technologie des cellules de vapeur atomique pour développer des senseurs très sensibles de champs magnétiques, temps, rotation, radiations électromagnétiques et concentration de gaz (projet macQsimal). La France participe également au projet aQtion (Advanced Quantum computing with trapped ions) qui utilise la technologie des pièges à ions pour la mise en œuvre de processeurs quantiques. Enfin, le pays participe à la recherche fondamentale dans le domaine avec deux projets européens, le projet QMiCS, sur l’architecture nécessaire à l’implémentation des protocoles de communication quantique, et le projet Square, sur les technologies de calcul, de réseaux et de communication quantiques.

En tout, ce sont 13 laboratoires ou instituts de recherche du CNRS, l’université Paris Diderot, l’institut Mines-Telecom, l’institut d’optique théorique et appliquée iota-sup-optique, les écoles normales supérieures de Paris Saclay et de Lyon, et des entreprises telles que le laboratoire Nokia Bell Labs France, Thales SA, My Cryo Firm, Bull sas, Muquans, et Azur Light Systems, qui participent à la recherche quantique française.

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Dernière modification : 08/07/2020

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